Номер 1, страница 153 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Ответь на вопросы. § 45. Гидравлический пресс. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 1, страница 153.

1. Каковы устройство и принцип действия гидравлических машин?

Каковы устройство и принцип действия гидравлических машин?

Гидравлическая машина — это механизм, который использует жидкость (обычно масло) для передачи и многократного увеличения приложенной силы. Такие машины широко применяются в технике, например, в гидравлических прессах, домкратах, тормозных системах автомобилей и в строительной технике.

Устройство

Классическая гидравлическая машина состоит из следующих основных элементов:

• Два сообщающихся сосуда в форме цилиндров, имеющих разную площадь поперечного сечения.
• Два поршня, которые герметично закрывают цилиндры и могут свободно перемещаться внутри них. Поршень в узком цилиндре имеет малую площадь $S_1$, а поршень в широком цилиндре — большую площадь $S_2$.
• Рабочая жидкость, которая является практически несжимаемой и полностью заполняет пространство под поршнями и соединительную трубку между цилиндрами.

К малому поршню прикладывается входная (управляющая) сила, а большой поршень создает выходную (рабочую) силу, которая и совершает полезную работу.

Принцип действия

Принцип работы гидравлической машины основан на фундаментальном законе гидростатики — законе Паскаля. Он гласит, что давление, производимое на покоящуюся жидкость или газ, передается в любую точку жидкости или газа одинаково по всем направлениям.

Процесс работы можно описать следующими шагами:

1. На малый поршень, имеющий площадь $S_1$, действует внешняя сила $F_1$. Эта сила создает в жидкости под поршнем избыточное давление $p$. Это давление определяется формулой:

   $p = \frac{F_1}{S_1}$

2. Согласно закону Паскаля, это давление $p$ без изменений передается во все точки жидкости, в том числе и в область под большим поршнем.
3. Давление жидкости $p$ действует на всю поверхность большого поршня площадью $S_2$, создавая выталкивающую силу $F_2$:

   $F_2 = p \cdot S_2$

4. Если объединить эти два уравнения, подставив выражение для давления $p$, получим основное соотношение для гидравлической машины:

   $\frac{F_1}{S_1} = \frac{F_2}{S_2}$

Из этого соотношения следует, что сила $F_2$ больше силы $F_1$ во столько раз, во сколько площадь $S_2$ больше площади $S_1$. Таким образом, гидравлическая машина обеспечивает выигрыш в силе:

$\frac{F_2}{F_1} = \frac{S_2}{S_1}$

Важно отметить, что, согласно "золотому правилу механики", выигрыш в силе сопровождается проигрышем в расстоянии. Для того чтобы поднять большой поршень на высоту $h_2$, малый поршень необходимо опустить на большую высоту $h_1$. Так как объем вытесненной жидкости постоянен ($V_1=V_2$), то $S_1 \cdot h_1 = S_2 \cdot h_2$. Следовательно, во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии.

Ответ: Гидравлическая машина состоит из двух соединенных сосудов с поршнями разной площади, заполненных жидкостью. Принцип ее действия основан на законе Паскаля: давление, создаваемое малой силой на малый поршень, передается через жидкость и создает большую силу на большом поршне. Это позволяет получить выигрыш в силе, равный отношению площадей большого и малого поршней.